Tossina botulinica
La tossina botulinica è una proteina neurotossica prodotta dal batterio Clostridium botulinum. È uno dei più potenti veleni naturali esistenti al mondo ed è la proteina più tossica finora conosciuta.[1] Oltre a essere fonte di avvelenamento alimentare, in particolare nel caso in cui si consumino preparati a base di carne o conserve contaminate, la tossina botulinica trova anche utilizzo in ambito medico ad esempio nella terapia dell'acalasia; il Botox è il nome commerciale maggiormente conosciuto della preparazione farmacologica che utilizza quale principio attivo questa tossina.
La tossina fu isolata da Edward Schantz nel 1944, mentre nel 1949 venne scoperta la sua azione tossica.
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[modifica] Considerazioni chimiche
Esistono sette tipi di tossina botulinica sierologicamente distinti, descritti dalle lettere dell'alfabeto dalla A alla G; sono stati scoperti tre sottotipi della tossina A. La tossina botulinica è un polipeptide a catena doppia, con una catena di 100 kDa legata tramite ponti disolfuro a un'altra catena di 50 kDa. La catena leggera è un enzima proteasi che attacca una delle proteine (la SNAP-25, la sintaxina o la sinaptobrevina) della giunzione neuromuscolare, impedendo il rilascio di acetilcolina dalle vescicole. Inibendo il rilascio di questo neurotrasmettitore, la tossina interferisce con l'impulso nervoso e causa paralisi flaccida dei muscoli caratteristica del botulismo e in contrapposizione con la paralisi spastica osservata nel tetano.
I sintomi causati dalla tossina botulinica sono paralisi flaccida, debolezza muscolare, diplopia, difficoltà del movimento, scoordinazione dei muscoli della faringe e dei muscoli volontari, e nei casi mortali, paralisi dei muscoli respiratori.[2]
Sulla base del valore di LD50 di circa 1 ng/kg [3], poche centinaia di grammi di questa tossina potrebbero teoricamente uccidere ogni essere umano presente sulla Terra (a scopo comparativo, la stricnina richiederebbe 400 tonnellate per uccidere ogni essere umano).
L'avvelenamento alimentare solitamente è causato dall'ingestione di cibo contaminato (conserve domestiche) da spore del Clostridium botulinum in condizioni anaerobiche, nel quale le spore germinano, crescono e producono tossina che si accumula nell'alimento. La forma vegetativa del batterio produce la tossina. È l'ingestione della tossina a causare il botulismo, non l'ingestione delle spore o del batterio vitale.
La tossina è rapidamente distrutta dal calore, ad esempio tramite la cottura dei cibi.[4] Comunque, le spore sono resistenti al riscaldamento a 100 °C per un lungo periodo di tempo.
[modifica] Meccanismo biochimico della tossicità
La catena pesante della tossina è particolarmente importante per la penetrazione della stessa all'interno delle estremità assoniche, condizione alla quale è legata l'instaurarsi della paralisi. In seguito al legame della catena pesante con le proteine degli assoni terminali, la tossina può penetrare nei neuroni tramite endocitosi. Il legame della catena pesante avviene con il recettore proteico SV2, la cui espressione è incrementata quando la sinapsi è maggiormente attiva. La catena leggera è in grado di abbandonare le vescicole endocitotiche e raggiungere il citoplasma. La catena leggera della tossina possiede attività proteasica. La tossina A degrada proteoliticamente la proteina SNAP-25, un tipo di proteina SNARE. La proteina SNAP-25 è necessaria per il rilascio dei neurotrasmettitori dagli assoni terminali.[5] In particolare la tossina botulinica degrada le SNARE prevenendo il rilascio dei neurotrasmettitori a livello delle sinapsi.
[modifica] Usi medici
Nel 1937 Alan B. Scott, oftalmologo del Smith-Kettlewell Institute, utilizzò la tossina botulinica A (BTX-A) in esperimenti sulle scimmie, e nel 1980 utilizzò il BTX-A per la prima volta negli esseri umani per il trattamento dello strabismo. La BTX-A venne approvata nel 1989 dalla Food and Drug Administration per il trattamento dello strabismo, blefarospasmo e spasmo emifacciale in pazienti con età maggiore di 12 anni. Nel 2002 giunse l'approvazione per l'uso in medicina estetica per il miglioramento temporaneo delle rughe di espressione fra le sopracciglia (linee glabellari). La tossina botulinica agisce inibendo la produzione del neurotrasmettitore acetilcolina: bloccandone il rilascio nei muscoli, non si manifestano rughe, spasmi o tic facciali. Dal 1991 è invece utilizzata per il trattamento della spasticità, sia nell'adulto che nel bambino.
La tossina botulinica B (BTX-B) è stata approvata nel 2000 dalla FDA per il trattamento della distonia cervicale.
Attualmente sono in valutazione altre possibili applicazioni mediche, come nel caso dell'emicrania, sintomi prostatici, asma, obesità e altre possibili indicazioni. Gli usi della tossina botulinica per i quali sussiste approvazione variano molto da tipo di tossina, tipo di prodotto commercializzato e da paese a paese, anche all'interno dell'Unione Europea.[6] Questo fa sì che spesso il suo utilizzo clinico sia di tipo off-label, anche se supportato dalla letteratura scientifica. In Europa la tossina botulinica A è commercializzata sotto forma di quattro prodotti farmaceutici: Botox, Dysport, Xeomin e Vistabex. La tossina botulinica B è invece commercializzata in Europa con il nome di Neurobloc.
[modifica] Guerra biologica
La tossina botulinica è sempre stata considerata un'arma biologica minore, dato che si degrada rapidamente per esposizione all'aria, e quindi una zona contaminata con un aerosol tossico può essere resa sicura nel giro di un giorno o pressappoco. L'agente è così instabile che la forma medicinale viene generalmente trasportata raffreddata con ghiaccio secco. Attualmente non ci sono casi documentati dell'utilizzo della tossina in guerra chimica; però il suo utilizzo è stato reso noto riguardo all'Operazione Anthropoid per uccidere il nazista Reinhard Heydrich[7] e all'Operazione Mongoose, durante la quale, nel 1961, la CIA saturò con la tossina botulinica alcuni sigari della marca preferita da Fidel Castro. I sigari non vennero mai utilizzati, ma quando vennero testati anni dopo la loro efficacia era ancora invariata. Un altro tentativo di uccidere Castro riguardava l'uso di alcune pillole disciolte in una bevanda.[8] L'Unità 731 giapponese somministrò il botulino ai prigionieri durante l'occupazione della Manciuria negli anni 1930.[9]
C'è stato un dibattito sull'uso della tossina botulinica come arma terroristica, ma questa sostanza non sembra essere l'ideale per questi propositi. Le fiale utilizzate in medicina non sono molto utili, in quanto ognuna contiene solamente una frazione estremamente piccola della dose letale. Nemmeno la produzione da colture batteriche è tanto agevole, viste le condizioni di anaerobiosi richieste e la necessità di personale esperto in microbiologia.
La setta giapponese Aum Shinrikyo ha tentato di utilizzare la tossina senza successo, prima del tragico atto terroristico della metropolitana di Tokyo attuato col gas Sarin, agente nervino più facilmente dispersibile e dall'azione più rapida.[10]
[modifica] Trattamento dell'avvelenamento
I comuni rimedi utilizzati contro gli agenti nervini, come l'iniezione endovena di atropina, nel caso di avvelenamento provocato dalla tossina botulinica agiscono invece potenziando gli effetti tossici.
La morte sopravviene generalmente in seguito all'insufficienza respiratoria dovuta alla paralisi dei muscoli respiratori, pertanto il trattamento consiste nel somministrare antitossine e nell'effettuare la ventilazione artificiale. Se la terapia viene iniziata rapidamente, il suo effetto è veloce e massimo. Occasionalmente il recupero può richiedere diverse settimane o mesi.
Esistono due principali antitossine disponibili per il trattamento del botulismo:
- Trivalente (A,B,E), di derivazione equina ottenuto utilizzando anticorpi interi;
- Eptavalente (A,B,C,D,E,F,G), di derivazione equina ottenuto utilizzando anticorpi IgG con la porzione Fc clivata. È un'antitossina meno immunogenica ed è attiva contro tutti i ceppi botulinici conosciuti.
[modifica] Note
- ^ C. Montecucco, J.Molgó, Botulinal neurotoxins: revival of an old killer, Current opinion in pharmacology 5 (3): 274-9 (2005) DOI:10.1016/j.coph.2004.12.006
- ^ "Le basi molecolari del tetano e del botulismo", di Giampietro Schiavo, Ornella Rossetto e Cesare Montecucco, pubbl, su "Le Scienze (Scientific American)", num.304, dic.1993, pag.40-48
- ^ Diane O. Fleming, Debra Long Hunt, Biological Safety: principles and practices, ASM Press, 2000, p. 267
- ^ Joseph J. Licciardello, John T. R. Nickerson, Crystal A. Ribich, and Samuel A. Goldblith, Thermal Inactivation of Type E Botulinum Toxin, Appl. Microbiol. 15(2): 249–256 (1967)
- ^ Foran PG, Mohammed N, Lisk GO, et al., Evaluation of the therapeutic usefulness of botulinum neurotoxin B, C1, E, and F compared with the long lasting type A. Basis for distinct durations of inhibition of exocytosis in central neurons, J. Biol. Chem. 278 (2): 1363-71 (2003) DOI:10.1074/jbc.M209821200
- ^ Wissel J, Ward AB, Erztgaard P, Bensmail D, Hecht MJ, Lejeune TM, Schnider P, European consensus table on the use of botulinum toxin type A in adult spasticity. J Rehabil Med. 41:13-25 (2009) DOI: 10.2340/16501977-0303
- ^ (EN) SHARPER THAN A SERPENTS TOOTH: Biotoxins as An Assasin's Weapons
- ^ (EN) CIA Plots To Kill Fidel Castro
- ^ (EN) Botulinum Toxin as a Biological Weapon
- ^ (EN) Technical Aspects of Chemical and Biological - Terrorism: The Case of Aum Shinrikyo
